CN114656016A - 一种絮凝剂自适应投加方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种絮凝剂自适应投加方法和系统，其中，自适应投加方法包括以下步骤：设定并储存PID参数，形成多个预设的PID参数组；根据当前的影响因素，自适应匹配适合的PID参数组，确定初步的投加量；进行絮凝剂投加；实时测定配水井中液体的电流值，以电流值为输入参数，对PID参数组进行修正，进而控制对絮凝剂的投加量。本发明能够有效减小絮凝剂投加系统的震荡，提高净水工艺稳定性和净水质量。

Description

一种絮凝剂自适应投加方法和系统

技术领域

本发明涉及供水自动加药技术领域，具体而言，涉及一种絮凝剂自适应投加方法和系统。

背景技术

目前国内的常规自来水厂，通常净水工艺中降低水中杂质的方式是通过投加适量的絮凝剂，然后经过混凝、沉淀、过滤，以达到目标效果。但是絮凝剂絮凝效果受投加量、絮凝剂浓度、取水量、浊度、pH、温度等变量的影响，且以上变量会因多种原因造成较大变化，故絮凝剂的投加量控制一直是净水工艺中的一大难点。

传统的絮凝剂投加量控制方式，是通过有经验的制水工人观察絮凝剂投加后絮状物（俗称：矾花）的生成量以及其生成颗粒大小，再参考原水浊度，从而手动调节絮凝剂投加泵的变频器频率大小，调试出最佳投加量。该方法需制水工人制水经验充分，且遇到汛期水质不稳定时，需实时留意水质变化及矾花生成状态，并调节絮凝剂投加量，保证水质达标，极大的增加制水工人的工作量。

部分自动化建设完善的自来水厂会使用原水浊度、滤后水浊度、取水流量作为输入参数，变频投加计量泵频率作为输出参数，设计闭环控制系统。经检索，现有专利技术中，发明专利“自来水混凝投矾自动化控制算法”（CN101556458）公开了一种基于人工神经网络进行前馈控制和基于模糊反馈控制的自来水混凝投矾自动化控制算法；发明专利“一种智能配矾投矾方法及配矾浓度和液位的算法”（CN103910422）公开了一种智能配矾投矾方法及配矾浓度和液位算法；发明专利“自来水混凝剂加药量的预测方法及系统”（CN113705898）公开了一种自来水混凝剂加药量的预测方法及系统，利用深度学习算法建立计算模型，并通过模型预测混凝剂的加药量。

上述已公开技术，均以原水浊度、滤前水浊度为核心输入参数，以其它影响因素（进水流量、进水温度、pH、絮凝剂浓度等）为辅助参数，代入其特有算法，从而控制絮凝剂的投加。以原水浊度和滤前水浊度为核心输入参数建立模型或设计算法，因药物作用、平流沉淀等净水工艺时间较长，系统存在严重的滞后性，实际应用可能会引起控制系统振荡；且系统以多参数进行辅助整定，对在线仪表精度要求较高，建设成本较高。另外，在部分以地表水为原水，地处湿暖的自来水厂，其原水具有高藻类、低浊度的特点，以浊度为核心参考参数对藻类的去除效果较差，使得过滤池的滤沙更快板结，增加过滤池冲洗次数，从而增加净水过程的清水损耗。

还有自来水厂会通过PID控制设计絮凝剂投加系统。常见做法是工程人员根据不同水厂运行情况，调试出最佳偏差比例（P）、积分（I）、微分（D）数值，从而达到理想的自控投加效果。但絮凝过程影响因素复杂，单一变量设计的闭环控制系统，其固定的PID数值无法适应如温度、取水量、配矾比等影响因素的变化，其控制系统会因其他影响因素的变化引起不同程度的振荡，甚至导致控制系统的失效。

发明内容

针对背景技术中提出的技术问题，本发明提供了一种絮凝剂自适应投加方法和系统，能够有效减小絮凝剂投加系统的震荡，提高净水工艺稳定性和净水质量。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种絮凝剂自适应投加方法，包括以下步骤：设定并储存PID参数，形成多个预设的PID参数组；根据当前水质的影响因素，自适应匹配适合的PID参数组；进行絮凝剂投加；实时测定配水井中液体的电流值，以电流值为输入参数，通过PID控制器对投加计量泵频率进行修正，进而控制对絮凝剂的投加量。

在一些实施例中，所述影响因素包括：原水取水流量、环境温度、水温、以及PH值。

在一些实施例中，采用带有超前滞后校正的PID控制器对投加计量泵的频率进行修正。

在一些实施例中，所述带有超前滞后校正的PID控制器具体计算方法为：

；

其中，Tlead为超前时间，Tlag为滞后时间，K为增益，U（s）为输入参数，Y（s）为输出；

；

其中，K_p为比例增益，T_t为积分时间常数，T_D为微分时间常数，u（t）为PID控制器的输出信号，e（t）为给定值与测量值之差。

在一些实施例中，进行初始投加之前，还包括确认絮凝剂储存池中的絮凝剂余量充足。

第二方面，本发明提供一种絮凝剂自适应投加系统，包括：

上位机，用于设定并储存PID参数，形成多个预设的PID参数组，并根据当前的影响因素，自适应匹配适合的PID参数组，确定初步的投加量；

投加机构，用于进行絮凝剂投加；

流动电流检测仪，用于实时测定配水井中液体的电流值；以及

PLC，用于读取电流值，并将电流值上传至上位机；

所述上位机以电流值为输入参数，通过PID控制器对投加计量泵频率进行修正，进而控制所述投加机构对絮凝剂的投加量。

在一些实施例中，还包括自动清洗机构，所述自动清洗机构用于清洗所述流动电流检测仪。

在一些实施例中，所述投加机构包括变频器和投加计量泵，所述上位机输出控制信号至所述变频器，所述变频器控制所述投加计量泵进行絮凝剂投加。

第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如上述的絮凝剂自适应投加方法。

第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的絮凝剂自适应投加方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、实现了絮凝剂的自动投加，解决了传统人工投加絮凝剂工序繁琐、操作困难、以及投放量不准确的问题。

2、相较于以原水浊度和滤前水浊度为核心输入的自动投加方式，本发明采用水体实时的流动电流值作为输入参数，能够快速准确反映水体的凝絮情况，并反馈到PID控制器，从而对投加计量泵作出频率控制，提高絮凝剂的投放精度和投加系统的稳定性。

3、设有多个预设的PID参数组，能够根据不同的影响因素自适应不同的PID参数组，避免单一PID数值无法适应其他影响因素的变化而引起的控制系统振荡和失效。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更加明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明实施例的絮凝剂自适应投加方法的流程图。

图2为本发明实施例的絮凝剂自适应投加系统的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参考图1和图2，一较佳实施例中，本发明的一种絮凝剂自适应投加方法，包括以下步骤：

S1、设定并储存PID参数，形成多个预设的PID参数组。

需要说明的是，PID控制即比例积分微分控制（proportional-integral-derivative control），是一种常用的控制策略，其根据给定值和实际输出值构成控制偏差，将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。

其中，本实施例的PID参数可根据水源水质和不同使用情况，经过调试得出，将得到的PID参数组预先存储到电子设备中，以供调用。在本实施例中，电子设备为上位机100。

为了便于理解，本发明实施例给出了以下示例：如自来水厂根据当地水源的温度，将原水划分为第一温度等级和第二温度等级，并根据自来水厂的取水泵数量，调试得出PID参数组，如表1所示：

将得到的第一PID参数组、第二PID参数组、第三PID参数组、以及第四PID参数组存储至电子设备。

可以理解的，在具体实施时，可以将水源的PH值、环境温度、以及季节等作为考虑因素，调试得到更多的PID参数组，以进一步提高参数的准确度。

S2、根据当前水质的影响因素，自适应匹配适合的PID参数组。

可以理解的，在具体实施时，通过在线仪表测试水质中的影响因素，并将获取的数据输入上位机100中，通过上位机100自动匹配对应的PID参数。

示例性的，若水温位于第一温度等级，且启动了一个取水泵，则调取第一PID参数组。若水温位于第一温度等级，且启动了大于一个取水泵，则调取第二PID参数组，以此类推。

在一些实施例中，水质的影响因素包括但不限于原水取水流量、环境温度、水温、以及PH值。

S3、进行絮凝剂投加。

可以理解的，絮凝剂投加通过投加机构300进行，投加机构300包括变频器301和投加计量泵302，上位机100输出控制信号至变频器301，通过变频器301控制投加计量泵302进行絮凝剂投加至配水井400中。

S4、实时测定配水井400中液体的电流值，以电流值为输入参数，通过PID控制器对投加计量泵302频率进行修正，进而控制对絮凝剂的投加量。

需要说明的是，通过流动电流检测仪600测定配水井400中液体的电流值，流动电流检测仪600(SCD)采用现有的即可，其能够测定连续清水或废水水样中两个电极间产生的电流。

在一些实施例中，采用带有超前滞后校正的PID控制器对投加计量泵302的频率进行修正。其中，带有超前滞后校正的PID控制器具体计算方法为：

；

其中，Tlead为超前时间，Tlag为滞后时间，K为增益，U（s）为输入参数，Y（s）为输出。

在本实施例中，U（s）选择电流值为输入参数，其随絮凝剂的投加量及时间动态变化。在实际应用中，由于絮凝剂投放后的效果为滞后反应，Tlead超前时间取值为零。

；

其中，K_p为比例增益，T_t为积分时间常数，T_D为微分时间常数，u（t）为PID控制器的输出信号，e（t）为给定值与测量值之差。需要说明的是，给定值为设定PID控制器需要接近的数值，在絮凝剂的投放中，当水中电流值为-10mv至-20mv时，表示水中电流值接近中和，因此，在实际应用中，可将给定值设置为-20mv。测量值为以电流值为输入计算得出的Y（s）的数值，通过计算给定值与测量值之差得出e（t）的具体数值。

在一些实施例中，进行初始投加之前，还包括确认絮凝剂储存池500中的絮凝剂余量充足。具体的，可在絮凝剂储存池500中设置传感器，通过传感器感应絮凝剂的液位，在上位机100中设置絮凝剂的最低投放量，若传感器获取的数值小于最低投放量，说明絮凝剂不足，则不执行投加，待补充絮凝剂至大于最低投放量后，方可进行投加，从而避免出现絮凝剂不足的情况。

本发明实施例还提供一种絮凝剂自适应投加系统，包括：上位机100，用于设定并储存PID参数，形成多个预设的PID参数组，并根据当前的影响因素，自适应匹配适合的PID参数组，确定初步的投加量；投加机构300，用于进行絮凝剂投加；流动电流检测仪600，用于实时测定配水井400中液体的电流值；以及PLC200，用于读取电流值，并将电流值上传至上位机100；其中，上位机100以电流值为输入参数，通过PID控制器对投加计量泵302频率进行修正，进而控制所述投加机构300对絮凝剂的投加量。

在一些实施例中，上述絮凝剂自适应投加系统还包括自动清洗机构700，所述自动清洗机构700用于清洗所述流动电流检测仪600。需要说明的是，在许多以江河水为原水的自来水厂，因未及时清洗流动电流检测仪600，在使用一段时间后会出现泥沙堵塞而导致其失效，从而造成絮凝剂的投加系统的失效。通过自动清洗机构700，能够自动清洗流动电流检测仪600，从而保证系统运行的稳定性。

具体的，自动清洗机构700可采用以下方式进行清洗：在上位机100控制系统中，根据生产实际设定自动冲洗时间和周期，手动或自动控制自动清洗机构700启动，启动后系统自动关闭取样水管电磁阀701，并打开清洗水管电磁阀702，清洗水泵开启，冲洗完成后，清洗水泵关闭，关闭清洗水管电磁阀，打开取样水管电磁阀。在一些实施例中，可在流动电流检测仪600的进水管设置流量计601，当流量计601检测到流量异常时，自动清洗机构700自动启动进行清洗。

在一些实施例中，投加机构300包括变频器301和投加计量泵302，上位机100输出控制信号至变频器301，变频器301控制投加计量泵302进行絮凝剂投加。

在一些实施例中，还包括用于采集水质的影响因素的在线仪表，在线仪表与PLC200连接。其中，在线仪表包括流量计、浊度仪、温度传感器、以及PH值传感器。可以理解的，在线仪表可根据实际需要进行设置，本实施例在此不作限定。

本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如上述的絮凝剂自适应投加方法。

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的絮凝剂自适应投加方法。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种絮凝剂自适应投加方法，其特征在于，包括以下步骤：

设定并储存PID参数，形成多个预设的PID参数组；

根据当前水质的影响因素，自适应匹配适合的PID参数组；

进行絮凝剂投加；

实时测定配水井中液体的电流值，以电流值为输入参数，通过PID控制器对投加计量泵的频率进行修正，进而控制对絮凝剂的投加量。

2.根据权利要求1所述的絮凝剂自适应投加方法，其特征在于，所述影响因素包括：原水取水流量、环境温度、水温、以及PH值。

3.根据权利要求1所述的絮凝剂自适应投加方法，其特征在于，采用带有超前滞后校正的PID控制器对投加计量泵的频率进行修正。

4.根据权利要求3所述的絮凝剂自适应投加方法，其特征在于，所述带有超前滞后校正的PID控制器具体计算方法为：

；

其中，Tlead为超前时间，Tlag为滞后时间，K为增益，U（s）为输入参数，Y（s）为输出；

；

其中，K_p为比例增益，T_t为积分时间常数，T_D为微分时间常数，u（t）为PID控制器的输出信号，e（t）为给定值与测量值之差。

5.根据权利要求1所述的絮凝剂自适应投加方法，其特征在于，进行初始投加之前，还包括确认絮凝剂储存池中的絮凝剂余量充足。

6.一种絮凝剂自适应投加系统，其特征在于，包括：

上位机，用于设定并储存PID参数，形成多个预设的PID参数组，并根据当前的影响因素，自适应匹配适合的PID参数组，确定初步的投加量；

投加机构，用于进行絮凝剂投加；

流动电流检测仪，用于实时测定配水井中液体的电流值；以及

PLC，用于读取电流值，并将电流值上传至上位机；

所述上位机以电流值为输入参数，通过PID控制器对投加计量泵频率进行修正，进而控制所述投加机构对絮凝剂的投加量。

7.根据权利要求1所述的絮凝剂自适应投加系统，其特征在于，还包括自动清洗机构，所述自动清洗机构用于清洗所述流动电流检测仪。

8.根据权利要求1所述的絮凝剂自适应投加系统，其特征在于，所述投加机构包括变频器和投加计量泵，所述上位机输出控制信号至所述变频器，所述变频器控制所述投加计量泵进行絮凝剂投加。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5中任一项所述的絮凝剂自适应投加方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的絮凝剂自适应投加方法。

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